5. Розрахунок підсилювача при подачі на вхід сигналу змінної частоти

При розрахунках за змінним струмом важливими показниками каскаду є його коефіцієнти підсилення за струмом К_і, напругою К_u, та потужністю К_р, а також вхідний R_вх і вихідний R_вих опори.

Метод розрахунку базується на заміні транзистору і всього каскаду схемою заміщення за змінним струмом (рис. 5.1).

Рис. 5.1. Схема заміщення ППНЧ в фізичних параметрах

Розрахунок каскаду підсилення виконується для області середніх частот де залежність параметрів підсилювача від частоти не враховується, а опір конденсаторів у схемі приймається рівним нулю і на схемі ці конденсатори не показують. За змінним струмом опір джерела живлення дорівнює нулю, у зв’язку з чим верхній вивід резистору R₁ на схемі заміщення приєднано до емітеру. Струм і напруга в схемі характеризуються їх діючими значеннями, які зв’язані з амплітудними значеннями коефіцієнтом.

Лінію навантаження за змінним струмом будують по відношенню приросту напруги ΔU_к-е до приросту колекторного струму ΔІ_к:

(5.1)

величину ΔU_к-е приймаємо в межах (0,3 – 0,7) вольт

(5.2)

2. В квадранті 2 графіка необхідно побудувати так звану перехідну характеристику.

3. Розрахунок h-параметрів:

h_11е – вхідний опір транзистора:

(5.3)

h_22е – вихідна провідність:

(5.4)

h_21е – коефіцієнт передачі струму:

(5.5)

h_12е – коефіцієнт зворотного зв’язку:

(5.6)

4. Знаходимо фізичні(внутрішні) параметри підсилювача через h – параметри: r_е – опір емітерного переходу, r_б – об’ємний опір бази, r_к – опір колекторного переходу, β – коефіцієнт передачі струму = h_21e.

(5.7)

5. Обчислюємо вхідний опір підсилювача, як паралельне з’єднання резисторів R₁, R₂, r_вх:

(5.8)

(5.9)

6. Використовуючи розраховані значення R_к (3.5) та r_к (4.7) знайдемо вихідний опір підсилювача за виразом:

(5.10)

7. Розраховуємо коефіцієнти підсилення за струмом, напругою та потужністю:

(5.11)

(5.12)

(5.13)

8. Розподіляємо коефіцієнт частотних викривлень на нижчій частоті сигналу f_н порівну між ємностями С_р1, С_р2, С_е:

М_НР1 = М_НР2 = М_НЕ = =

9. Знаходимо величини ємностей конденсаторів С_р1, С_р2, та С_е в мкФ:

(5.14)

По таблиці коефіцієнтів стандартизованих рядів для конденсаторів , вибираємо величини ємностей найближчих до розрахованих:

С_р1 =100 мкФ; С_р2 = 50 мкФ; С_е =220мкФ

Робочу напругу конденсаторів вибрати в 2 – 3 рази більшою чим напруга джерела живлення Е_к. U_p.k=25 B

10. Розрахувати коефіцієнт частотних викривлень сигналу на вищій робочій частоті f_в. Для цього необхідно вирахувати еквівалентні сталі часу:

τ_β – стала часу, що характеризує інерційність проміжку емітер-база, це затримка струму в емітерному переході (напруга на переході зростає не миттєво). Крім того, стала враховує час руху неосновних носіїв зарядів через базу в колектор.

(5.15)

f_г –гранична частота передачі струму вибраного транзистору.

τ_к – стала часу, що характеризує інерційність колекторного переходу, показує затримку появи колекторного струму відносно емітерного. Затримка виникає в зв’язку з наявністю ємності на колекторному переході – С_к, яка шунтує колекторний р-n перехід:

Затримка виникає в зв’язку з наявністю бар’єрної та дифузної ємності на колекторному переході ─ С_к , яка шунтує р-n перехід.

τ_к = С_к ( ) ( 5 .16 )

де С_к ─ ємність колекторного переходу для вибраного транзистору,

r_k R_k R_н - це паралельне з’єднання трьох опорів.

(5 .17)

R_екв = (×470×150) /( ×470+ ×150+470×150) =112,4 Ом

_к = С_к R_екв =

τ_в ─ стала часу вихідного кола транзистору:

τ_в = τ_β + τ_к = + = 160,124× с. ( 5 .18)

Коефіцієнт частотних викривлень М_в на вищій частоті f_в знаходиться за виразом:

, f_в . (5.19)

Порівняємо знайдене значення коефіцієнту М_в з заданим в початкових даних, М_в < М_н= М_в ,отже розрахунки параметрів підсилювача відповідають технічним умовам завдання. Заповнимо таблицю результатами розрахунків основних параметрів підсилювача.

Результати розрахунку

Ku	Ki	Kp	β	Mв
21,4	33,5	716,9	85	1,005

Висновок

Проведено вибір транзистору для схеми ПНЧ з емітерною стабілізацією режиму роботи , розрахована величина ЕРС джерела живлення схеми — Е_к;

Побудована лінія навантаження за постійним струмом : геометричне місце точок координати U_ке та І_к, що відповідає можливим значенням точки (режиму) спокою каскаду;

Враховані величини резисторів схеми, перевірена правильність вибору режиму роботи транзистору на допустимі значення по струму, напрузі, та потужності, що розсіюється на елементах схеми , це дає можливість значно зменшити або уникнути викривлення сигналу, що буде підсилюватися.

При розрахунку підсилювача при подачі на вхід сигналу змінної частот враховані величини основних параметрів для схеми ввімкненя транзистору з СЕ.Зокрема коефіцієнт передачі струму знаходиться в допустимих нормах.Порівнюючи знайдений коефіцієнт частотних викривлень з початковим значенням робимо висновок,що транзистор розрахований правильно.

ДОДАТОК Б

Перелік використаних радіоелементів в ППНЧ

Схемне позначення	Найменування радіоелементів	Кількість	Примітка
	Резистори
R1	МЛТ-0,125Вт-3900Ом±5%	1
R2	МЛТ-0,125Вт-330 Ом±5%	1
R3 (Rк)	МЛТ-0,125Вт-470 Ом±5%	1
R4 (Re)	МЛТ-0,125Вт-110 Ом±5%	1
R5 (Rн)	МЛТ-0,125Вт-150 Ом±5%	1
	Конденсатори
С1 (Ср1)	К50-35-25В-100мкФ	1
С2 (Ср2)	К50-35-25В-50мкФ	1
С3 (Се)	К50-35-25В-220мкФ	1
	Транзистор
VT1	КТ 315 А	1

СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ

1. Андреев Ю.Н. Резисторы. Справочник под ред. И.И. Четверикова. М. Энергоиздат, 1981. – 352 с.

2. Нефедов А.В., Гордеева В.И. Отечественные полупроводниковые приборы и их зарубежные аналоги. Справочник. – М.: Радио и связь, 1990. – 401 с.

3. Ю.Р. Колонтаєвський, А.Г. Сосков. Промислова електроніка та мікросхемотехніка. Київ. Видавництво «Каравела», 2004. – 428 с.

4. Забродин Ю.С. Промышленная электроника. – М.: Высшая школа, 1982. – 384 с.

5. Стахів П.Г., Коруд В.І., Гамала О.Є. Основи електроніки:функціональні елементи та їх застосування. –Львів: «Новий світ-2000»; «Магнолія плюс». – 2003. – 208 с.

6. Электрические конденсаторы и конденсаторне установки. Справ очник под ред. Г.С. Кучинского. – М.: Энергоатомиздат, 1987. – 656 с.

8. И.П. Жеребцов. Основы электроники. – Л.: Энергоатомиздат, 1985. – 352 с.

7. Горпинченко В.Г., Черенков О.Д., Чорна М.О. Дослідження підсилювачів низької частоти з використанням програми MULTISIM. – Х.: ХНТУСГ, 2009. – 84 с.

22